分子(Molecular)模拟(Simulation)探索(EXploration)
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- 开始日期: 2021/11/24
- 管理员:
- 刘亚伟 ([email protected] 2021--)
- 开发者:
- 李雪夫 ([email protected] 2022--)
- 徐舒婷 ([email protected] 2022--)
本项目包含利用分子模拟手段研究物质的软件、工具、脚本、教程、案例和项目,旨在提供高效的分子模拟、数据分析/可视化、报告生成流程,打造分享分子模拟技巧和科研经验的开放平台。
推荐使用 Mac OS, Ubuntu Os 等其他 Linux 类操作系统。在 Windows OS 中,可以安装 WSL Ubuntu 获得在Windows系统中使用Ubuntu子系统的功能。
- 参考 use_wsl_ubuntu.md 快速了解 WSL Ubuntu 子系统的安装及在 vscode 中的启动(如下图所示)
- 详细内容参考这里了解如何在Windows系统中安装 WSL Ubuntu 子系统和这里了解如何在 vscode 启动 wsl Ubuntu 作为工作平台(如下图所示)
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安装前
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大多数软件/工具包将通过在终端/Terminal中输入
命令行/commandline
安装 -
终端配置文件 (profile file)
- 配置文件保存终端的环境设置
- 对于 bash shell (终端通常默认的解释器)
- Mac 的终端配置文件为
~/.bash_profile
- Ubuntu 的终端配置文件为
~/.bashrc
~
表示用户主目录(user’s home directory)
- Mac 的终端配置文件为
- 对于 zsh shell (推荐使用oh-my-zsh)
- 终端配置文件为
~/.zshrc
- 终端配置文件为
-
修改配置文件后,重新打开终端或运行下列命令使修改生效
source ~/.bash_profile
orsource ~/.bashrc
orsource ~/.zshrc
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安装编译工具
- gcc/g++
brew install gcc
# for Macsudo apt install build-essential
# for Ubuntugcc --version
# test
- make
brew install make
# for Macsudo apt install make
# for Ununtumake --version
# test
- cmake
brew install cmake
# for Macsudo apt install cmake
# for Ununtucmake --version
# test
- gcc/g++
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- 安装 git
brew install git
# for Macsudo apt-get install git
# for Ubuntu
- 参考 use_git.md 了解 git 的基本使用方法
- 参考这里了解更多 git 的细节和使用
- 安装 git
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- 获取 MolSimulX
cd some_folder
git clone https://gitee.com/yliu3803/MolSimulX.git
# 克隆仓库到本地
- 更新 MolSimulX
cd MolSimulX
# 进入主仓库目录git pull
# 更新主仓库
- 获取 MolSimulX
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python 和 python packages
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安装 miniconda (轻量级 conda 安装包) 或 anaconda (包含大量 python packages)
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通过
conda
安装 pyhton packagesconda install numpy pandas scipy matplotlib
# 数据分析conda install -c plotly plotly
# 可视化conda install -c conda-forge seaborn bokeh
# 可视化conda install nodejs
# 插件conda install -c conda-forge MDanalysis MDAnalysisTests nglview
# MD轨迹分析和可视化conda install -c conda-forge freud fresnel
# MD轨迹分析和可视化conda install -c conda-forge pythreejs
# 可视化插件pip install plato-draw
# 粒子体系可视化pip install wulffpack
# 晶体颗粒Wulff构造pip install ase
# 模拟软件,可构造各种分子/晶体结构注:各安装包可通过
pip
或conda
安装,详细安装说明参见相应的官方说明文档。
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- 该工具已包含在 preprocess 文件夹
- 在终端配置文件中添加
export PATH=<path_to_fftool>:$PATH
- 参考 use_fftool.md 了解fftool的基本使用方法
- fftoolx添加了一些新的功能:
- 更多的元素种类
- 添加‘-noguess’选项,关闭fftool重新分析分子链接信息
- 二面角(dihedral)支持quadratic类型
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- 该工具已包含在 preprocess 文件夹
- 解压文件并编译
tar zxvf packmol.tar.gz
cd packmol
make
- 在终端配置文件中添加
export PATH=<path_to_fftool>:$PATH
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- 参考 use_lammps.md 了解如何编译安装 lammps
jupyterlab 是一个基于 Web 的,集合笔记、代码和数据的交互式开发环境。
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安装 jupyterlab
conda install jupyterlab
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参考 use_jupyerlab.ipynb 了解 jupyterlab 的基本使用方法
preprocess # 预处理
该文件夹包含了模拟预处理工具和文件,如分子结构/力场文件、初始结构生成工具和脚本。
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clandp 文件夹包含了由 Padua Group 提供的多种离子液体结构文件和力场文件
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molecules 包含了常见分子的结构文件和力场文件
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ions包含了一些离子的结构文件和力场文件
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metals包含了一些金属的LJ力场参数
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fftool 文件夹包含了 fftool 的源文件,与 packmol 一起可以利用分子的结构/力场文件生成用于分子模拟的初始结构和文件
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packmol.tar.gz 包含了 packmol 的源文件
该文件夹包含结合分子模拟软件,在模拟中即时处理数据,实现特殊模拟功能(如伞型抽样、向前流抽样等)的工具和脚本。
postprocess # 后处理
该文件夹包含对分子模拟结果分析/可视化和报告生成的工具和软件,主要基于 python 和 markdown 等工具。
该系列文件/文件夹包含各种软件/工具包的基本安装/使用方法
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use_git.md # git 的基本使用方法
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use_jupyerlab.ipynb # jupyterlab 和 python 包的基本使用方法
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use_fftool.md # fftool 的基本使用方法
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use_lammps.md # 编译和安装lammps
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use_wsl_ubuntu.md # 安装及在 vscode 中使用 WSL Ubuntu
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use_pylat.md # pylat 的基本使用方法
该系列文件/文件夹包含一些简单的模拟和数据分析案例。
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example_CO2_EOS 分子动力学模拟计算 CO$_2$ 的状态方程,详见 co2_eos.ipynb
python
jupyterlab
fftool
packmol
lammps
mdanalysis
nglview
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example_BmimPF6_ACN_CG 粗粒化分子动力学模拟BmimPF6和ACN的混合液,详见 BmimPF6_ACN_mixture.ipynb
python
jupyterlab
fftool
packmol
lammps
mdanalysis
nglview
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example_Wulff_Ru_cluster 构建hcp结构Ru晶体的Wulff颗粒,详见 wulff_Ru.ipynb
python
jupyterlab
ase
wulffpack
nglview
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example_water_between_two_walls 构建水分子在两个固体基质之间的构型,生成
lammps
输入文件,详见water_between_two_walls.ipynbpython
jupyterlab
ase
fftool
packmol
nglview
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example_il_com_orientation 计算离子液体中阳离子的质心坐标和方位向量,详见il_com_orientation.ipynb
python
jupyterlab
mdanalysis
nglview
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example_mechanical_barostat 一种机械式的控压力方法,详见mechanical_barostat.ipynb
python
jupyterlab
mdanalysis
nglview
lammps
该系列文件夹包含小项目代码。
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project_Martini_CG_ILs 建立离子液体的Martini3粗粒化模型,详见 build_CG_model.ipynb
python
jupyterlab
mdanalysis
nglview
lammps
fftoolx
VMD
- Antifouling Graphene Oxide Membranes for Oil-Water Separation via Hydrophobic Chain Engineering. Nat. Commun. 2022, 13 (1), 7334.
- Covalent Organic Framework Membranes for Efficient Separation of Monovalent Cations. Nat. Commun. 2022, 13 (1), 7123.
- The Thermodynamic Origins of Chiral Twist in Monolayer Assemblies of Rod-like Colloids. Nanoscale 2022, 14, 16837. [Nanoscale 2023 Emerging Investigators]
- Short Hydrogen-Bond Network Confined on COF Surfaces Enables Ultrahigh Proton Conductivity. Nat. Commun. 2022, 13 (1), 6666.
- Charged Nanochannels in Covalent Organic Framework Membranes Enabling Efficient Ion Exclusion. ACS Nano 2022, 16 (8), 11781.
- A General Method for Direct Assembly of Single Nanocrystals. Adv. Opt. Mater. 2022, 10 (14), 2200179.
- Confined Assembly of Colloidal Nanorod Superstructures by Locally Controlling Free‐Volume Entropy in Nonequilibrium Fluids. Adv. Mater. 2022, 34 (28), 2202119.
- Ultrafast Seawater Desalination with Covalent Organic Framework Membranes. Nat. Sustain. 2022, 5 (6), 518. [封面文章]
- Nanoscale Faceting and Ligand Shell Structure Dominate the Self‐Assembly of Nonpolar Nanoparticles into Superlattices. Adv. Mater. 2022, 34 (20), 2109093. [chemeurope.com等媒体报道]
- Charged Nanochannels Endow COF Membrane with Weakly Concentration-Dependent Methanol Permeability. J. Memb. Sci. 2022, 645, 120186.
- A Dissipative Particle Dynamics Model for Studying Dynamic Phenomena in Colloidal Rod Suspensions. J. Chem. Phys. 2021, 154 (10), 104120. [Editor's Pick]
- Direct Assembly of Vertically Oriented, Gold Nanorod Arrays. Adv. Funct. Mater. 2021, 31 (6), 2006753. [eurekalert!、phys.org等媒体报道]
- Hamiltonian Transformation to Compute Thermo-Osmotic Forces. Phys. Rev. Lett. 2018, 121 (6), 068002.
- Molecular Simulation of Thermo-Osmotic Slip. Phys. Rev. Lett. 2017, 119 (3), 038002.
- Microscopic Marangoni Flows Cannot Be Predicted on the Basis of Pressure Gradients. Phys. Rev. Lett. 2017, 119 (22), 224502. [北京化工大学首篇学生PRL论文]
- A Unified Mechanism for the Stability of Surface Nanobubbles: Contact Line Pinning and Supersaturation. J. Chem. Phys. 2014, 141 (13), 134702.
- Nanobubble Stability Induced by Contact Line Pinning. J. Chem. Phys. 2013, 138 (1), 014706.
- How Nanoscale Seed Particles Affect Vapor-Liquid Nucleation. J. Chem. Phys. 2011, 135 (18), 184701.